隧道管棚套拱施工作业指南

隧道 管棚套拱施工作业 指南 4.1 设计参数 4.1.1 钢管规格：热轧无缝钢管 108mm，壁厚 6mm，节长 3m、6m。 4.1.2 钢管间距：环向间距 40cm 4.1.3 倾角： 仰角 1（不包括路线纵坡），方向：与路线中线平行。 4.1.4 钢管施工误差：径向不大于 20cm。 4.1.5 隧道纵向同一横断面内的接头数不大于 50%，相邻钢管的接头至少须错开 1m。 4.1.6 灌注浆液：水泥 -水玻璃浆液。注浆参数：水泥浆水灰比为1： 1，水玻璃浓度为 35 玻美度，水玻璃模数为 2.4，注浆压力：初压0.5 1.0MPa，终压为 2.0MPa。 4.2 施工方法 4.2.1 套拱混凝土施工 洞口开挖至起拱线，采用 4 环 I20a 钢架紧贴仰坡放置，每环间距 0.6m， 20a 工字钢两端均焊接在 22221cm 钢板上，支撑均采用双面焊接，焊缝厚度不得小于 4mm，工字钢段与工字钢段之间采用螺栓连接，螺栓型号 M22100 GB/T 5782-2000，螺母型号 AM221 GB/T 6170-2000。纵向利用 22mm 钢筋连接，连接筋环向间距 1m，均采用纵向连接套管 302.5mm 套管与工字钢架连接，连接处均焊接牢固，焊缝厚 度不小于 4mm。套拱内侧设置 18 单层钢筋网，网格间距 2020cm，作为套拱的抗裂构造筋，全部与工字钢架焊接牢固。 套拱混凝土应预埋 管棚导向管 ，导向管采用 127 孔口管 ，长度不小于 2m，见图 4-1。其环向间距及倾角同设计的管棚环向间距 0.4m及外插角 1，经精确计算测量后焊接在钢拱架上固定，一排共计 59个。左右侧均设 10050cm 的托梁。套拱净空满足暗洞和明洞衬砌结构尺寸需求，并预留 20cm 的变形量。安装套拱底模和侧模，浇筑 C25混凝土厚 60cm，其它详细尺寸见图 4-1。套拱施工时，必须对称分段浇注，以 避免钢拱架变形而影响孔口导向管的方向。 洞内路面C25钢筋砼套拱管棚加固区（暗洞衬砌）明洞衬砌 108*6mm管棚明洞衬砌C25套拱砼复合式衬砌初支 127孔口管 108*6mm管棚1-1防水层二次衬砌初期支护 图 4-1 套拱布置细部图 套拱混凝土施工应注意以下注意事项： a、套拱钢架安装定位，经测量检查后，采用 25 固定钢筋与钢架焊接定位，固定钢筋与 20a 工字钢采用双面焊接，焊缝长度大于13cm，厚度不得小于 4mm。 b、管棚注浆孔不准用电、氧焊烧割进行制作，只能采用钻孔。 c、套拱钢架拱脚应座于坚固的基底上，确保下沉受控 ， 当地基有空隙时应用混凝土或其他材料填塞。 d、套拱内外模均采用 2.5cm 竹夹板，环向 支撑采用 1010cm 方木，扇形布置，方木纵横连接，确保混凝土灌筑过程中支撑系统稳定。 e、最后是混凝土的灌注必须对称分段进行，经常检查支撑是否松动，施工结束后注意混凝土的养护。 4.2.2 管棚施工 管棚采用节长 3 米、 6 米 1086mm 热轧无缝钢管，环向间距40cm，用 1086mm 丝扣钢管 连接，丝扣长 15cm。钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距 67cm。要求钢管偏离设计位置的施工误差径向不大于 20cm，沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于 50%，相邻钢管接头至少须错开 1m。 为使钢管接头错开 ，从左边数起，编号为奇数的钢管第一节均采用节长为 3m 钢管，编号为偶数的钢管第一节均采用节长为 6m 的钢管，以后所有钢管均采用节长 6m钢管 。 4.2.3 管棚注浆 1）管棚注浆，按固结管棚周围有限范围内设计，浆液扩散半径不小于 0.6m，采用分段注浆。 2）灌注浆液：水泥 -水玻璃浆液。注浆参数：水泥浆水灰比为 1：1，水玻璃浓度为 35 玻美度，水玻璃模数为 2.4，注浆压力：初压 0.51.0MPa，终压为 2.0MPa。 3）注浆前应先进行注浆现场试验，注浆参数应通过现场试验按实际情况确定，以利施工。 4）注浆结束后， 应及时清除管内浆液，并用 M30 水泥砂浆紧密充填，增强管棚的刚度和强度。 4.2.4 工艺流程 1）施钻 钻孔顺序为先从两侧拱脚开始，对称向拱顶钻孔顶管，使下部注浆体有力地支托其上部钻进和顶管，既能防止塌孔，又便于顶管。 施钻时，将减速器升到上限位置，把钻杆旋紧后，开启气动马达，待空载正常后，再慢慢开启推气缸，待钻头置于工作面上，关闭推进气缸，再开启冲击器，徐徐钻进，待钻头钻进 100mm 左右时，再以全风门冲击。在钻进过程中，视进展快慢，慢慢开启或关闭推进气缸，使钻具始终保持一定推进力。 钻完第一根钻杆后，停止 气动马达的转动，关闭冲击器停止钻进，将减速器置于下限位置，用叉子把钻杆固定在卡钻器内，反转减速器，使钻杆与减速器的接头脱开，然后将减速器升到上限位置装入第二根钻杆，连接牢固后，方可进行钻孔作业，直到设计深度。 当钻杆到卸杆器与卡杆器接触时，使钻杆尾端的第二个扁槽对正卡杆器的长方槽，插入叉子反转马达，使减速器上的接头与钻杆脱开，再调整到钻杆尾端上的第一个扁槽对上卸杆器的长方槽，插入另一个叉子，然后取出卡杆器的叉子，让卸杆器和另一个叉子带动钻杆后退（可用马达慢慢运转，切不可反转），当下一根钻杆尾端的第二个扁槽与 卡钻器的长方槽对正时，插入叉子，反转马达，使上下两钻杆的联接螺纹脱开之后，拿走上一根钻杆，缓缓放下减速器，并使卸杆器的长方槽对正下一根钻杆尾端的第一个扁槽。然后重复以上动作，依次卸下钻杆。 依照上述方法，完成钻孔作业。钻孔时严禁反转，以免钻杆脱扣，加接钻杆时，要特别注意孔内清洁，以避免砂土冲击机器内部，损坏机体引发故障。在钻进过程，严禁突然快速开启推动气缸，以免顶起钻机，造成事故。钻孔工艺流程见下图： 图 4-2 钻孔工艺流程图 清孔 成孔后先利用高压风或高压水进行冲洗，然后用特制清孔 钩认真进行清孔。 管件制作 管棚 108mm 无缝钢管，管节长为 3m 和 6m，预制钢管时，第钻机就位 钻机固定 测量钻孔 钻机钻进方向矫正 钻孔及接长锚杆 钻杆接长 准备 钻杆分节退出卸下 一根钢管前端要焊上合金钢片空心钻头，以防管头顶弯或劈裂，钢管间连接用 1086mm 丝扣钢管连接。相邻管的接头应前后错开，避免接头在同一截面上，隧道纵向同一横断面内的接头数不大于 50%，且两相邻管接头必须错开 1m 以上，以满足管棚受力要求。 顶管 顶进钢管利用电动机启动液压马达，以及挖掘机配合人工作业。 当第一根钢管推进孔内，孔外剩余 30 40cm 时，人工进行接管，严格控制角度，人工持链钳进行钢管联接，使两节钢管在联接套处 联成一体。然后再低速推进钢管，根据管棚设计长度，按同样方法继续接长钢管。 止浆墙制作 注浆前，必须进行堵露处理。沿插管周围喷射 20cm 厚 C20 混凝土一圈，封闭该工作面，再用木塞和纸塞把无缝钢管未注浆的管头堵死，这样，止浆墙便形成。注浆时，浆液就不会从管壁周围沿掌子面渗露，也不会从其它管露出，注浆效果明显提高。由于施工要求，喷射混凝土时加入一定量的速凝剂，以满足施工要求。 注浆 进行管棚预注浆前，对注浆地段的岩性，涌水量、涌水压力、水温、涌水的化学特性等进行认真研究，据此确定注浆参数。 现场试验确定注浆终压力 ，以便浆液能够充分扩散填充，从而达到堵水和加固围沿作用。注浆方式采用全孔一次性注浆。 拌浆 水泥浆液搅拌在拌和机内进行，严格按施工配合比，同时将缓凝剂加入搅拌，待水量加足后继续搅拌 1min，再将水泥投入，搅拌时间不少于 3min，并于注浆过程中不停搅拌。 配制水泥浆时，严防水泥包装纸及其杂物混入。拌好的浆液在进入贮浆槽及注浆泵之前均应对浆液进行过滤，未经过滤网过滤的浆液不允许进行泵内。 注浆时要充分考虑浆液扩散半径，凝结时间要先予以确定，然后再作试验调整。采用水泥浆水灰比 1:1。 注浆管路连接好后，先压水检查 管路是否漏水，待设备正常后，对围岩做压水实验，以冲洗岩石裂隙，扩大浆液通路，增加浆液扩散密实性，核实围岩的渗透性。注浆时要记录注浆时间及注浆量。 注浆中密切注意注浆压力表，初始阶段压力较低，正常阶段压力和注入量呈小的波浪式起伏，但总的比较平稳，当达到压密性注满阶段，注入量迅速递减，而压力迅速升高，直到达到注浆终压合理范围，则停止该孔注浆，进行封堵后，转注下一孔，直至完成注浆作业。 4.3 主要机具设备 主要机具设备见下表 4-1。 主要机具设备表 表 4-1 序号 名 称 规 格 单 位 数 量 1 电 动钻机 XY-28-300 台 8 2 注浆泵 BW-250/50 台 2 3 喷射机 PZ-5B 台 2 4 8m 长车床 台 2 5 空压机 C-20 / B-1 台 2 管棚实测项目 表 4-2 项次 检查项目 规定值或应许偏差 检查方法和频率 1 长度（ m） 不小于设计 尺量：检查 10% 2 孔位（ mm） 50 尺量：检查 10% 3 钻孔深度（ mm） 50 尺量：检查 10% 4 孔径（ mm） 符合设计要求 尺量：检查 10% O1O2 O21#30#59#11隧道中线砼垫座127孔口管图4-4 管棚立面图 图 4-3 管棚立面图 图4-5 管棚套拱加固立面图 4-4 管棚套拱加固立面图 开挖周边放样布孔 管棚钻机就位 安装内钻杆及套管 一节钻孔结束 钻机退回原位 接长钻杆及套管 继续钻进 套管内注水清洗 取出钻杆 分节装入钢花管 取出套管 注浆 隧道开挖 图 4-5 108 管棚施工工艺框图 五 二台阶开挖施工作业 5.1 二台阶开挖法施工工艺 根据长湘高速公路隧道断面、地质情况，拟定 级围岩全部采用二台阶法施工。 5.1.1 施工步骤： （ 1）上台阶开挖 （ 2）上台阶支护 （ 3）下台阶左马口开挖（围岩较弱侧） （ 4）下台阶左马口初支 （ 5）下台阶右马口开挖 （ 6）下台阶右马口初 支 （ 7）下部核心土开挖 （ 8）施作仰拱 （ 9）施作二衬。如下二台阶开挖法施工工序图图示： 图 5-1 二台阶开挖法施工工序图 每部开挖后均应及时支护，隧底开挖后应及时施作仰拱，完后及时施作二衬尽早封闭成环。二台阶开挖法的施工工艺流程见图 5-2。 满足 上台阶开挖，施作初期支护 下台阶较弱侧开挖，施作初期支护 下台阶另一侧开挖，施作初期支护 超前支护 测量放样 围岩稳定性评判、 修正支护参数 断面检查 否 图 5-2 二台阶开挖法施工流程 5.1.2 施工作业 1）将超前地质预报纳入施工工序，并根据工程水文地质变化情况，及时调整各部台阶长度 或施工方法，采取相应的技术措施，及早封闭成环，保证施工安全。 2）根据工程水文地质条件，按设计要求做好超前支护，防止围岩松弛，保证隧道开挖安全。在断层、破碎带、浅埋段等自稳性较差或富水地层中，现场技术干部及技术主管应及时反映现场的围岩情况，项目部及时报告业主、设计院和监理处调整支护系数。 3）二台阶开挖法施工应符合下列要求： a、上、下台阶开挖采用凿岩机钻眼，塑料导爆管非电起爆系统、毫秒微差有序起爆，光面爆破，每循环进尺 2.4m，每天 1.5 个循环，每月成洞 90m。上台阶由挖掘机扒碴，装车，自卸车运碴。施工中 合理调整工序，实行 “ 钻爆、装碴、运输 ” 机械化一条龙作业。 b、上台阶开挖后及时支护； c、 其他分步平行开挖，平行施作初期支护，各分部初期支护衔接紧密，及时封闭成环； d、仰拱紧跟下台阶，及时闭合构成稳固的支护体系； e、施工过程通过监控量测，掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全； f、完善洞内临时防排水系统，防止地下水浸泡拱墙脚基础。 5.1.3 二台阶开挖法施工步骤 第 1、 2 步，上台阶开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过 2.4m，开挖后立即初喷 3 5cm 混凝 土。上台阶开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上 30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿向下打设锁脚锚杆，打设角度与围岩层面呈最大夹角。锁脚锚杆与钢架牢固焊接，再复喷混凝土至设计厚度。 第 3、 4、 5、 6 步，左、右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过 2.4m，左、右侧台阶错开 8 10m，开挖后立即初喷 3 5cm 混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上 30cm 高度处，紧贴钢架两侧边沿向下打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。 第 7 步，下台阶预留核心土开挖，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。 第 8 步，隧底开挖：每循环开挖长度宜为 2 3m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为 4 6m。见图 5-1。 5.2 初期支护 二台阶开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等组成，各部分联合受力。初期支护应在开挖后立即施作，以保护围岩的自然承载力，其施工工艺流程见图 5-3。 图 5-3 初期支护施工工艺流程 5.2.1 初喷混凝土封闭岩面 初喷混凝土应在开挖后排除危石立即进行。 用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉。 工作面滴水或淋水时，应按照设计要求安设 弹簧排水管 或者 塑料排水板 。 喷射混凝土必须满足设计强度 、厚度及其与岩面粘结力要求。 喷射作业应分段分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上清理岩面 初喷混凝土 封闭岩面 施作系统锚杆，挂钢筋网 安装钢架 复喷混凝土至设计厚度 围岩量测数据分析、反馈 开挖 进行，应避免上部喷射回弹料虚掩拱（墙）脚；先找平凹洼部分，后喷射凸出部分，各部平顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离宜保持在 1.0 1.2m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。 5.2.2 系统锚杆（管）、钢筋网施作 初喷 3 5cm 混凝土后应及时施作系统锚杆， 级围岩段采用 3m长药卷锚杆，间距 1.21.2m，呈梅花型布置，锚杆制作时，在杆体尾部 1.2m 范围内作 M16-2.5 螺纹；锚杆必须设置垫板，垫板规格1501506mm，中间钻 22 圆孔，与锚杆体用 M16 螺母连接。 钢筋网采用 8的 HPB235 钢制作，网格尺寸宜采用 20cm20cm，搭接长度应为 1 2 个网格，网片间采用焊接方式连接。 钢筋网随受喷面起伏铺设，其间隙不应大于 3cm，钢筋网应与锚杆、钢架连接牢固，且钢筋保护层厚度不应小于 4cm。 5.3 安装钢架 5.3.1 拱部钢架安装工序：放样确定钢架基脚位置 施作定位锚杆 架设钢架 布设纵向连接筋。 边墙钢架安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板 施作定位锚杆 对应拱部钢架设边墙钢架 布设纵向连接筋。拱、墙部钢架须采 用螺栓连接。 加强钢架拱（墙）脚锁脚锚杆施工，各台阶每个钢架拱（墙）脚以上 30cm 高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角 30打设 2 根锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，锁脚锚杆采用 22 药卷锚杆，长度3.5m，以控制基脚变形。 5.3.2 施工注意事项及要求： 1)钢架拱（墙）脚应架设在稳固的基岩上或底部铺垫槽钢，以保证钢架基础稳固。安装前应清除基脚下的虚碴、虚土及杂物。 2)钢架安装允许偏差：钢架间距和钢架横向位置与设计位置的偏差不超过 50mm；钢架的竖向位置偏差不得低于设计标高；倾斜度允许偏差为 2。 3)钢架应与纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢固，以增强钢